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3.2DNA的结构
必修二《遗传与进化》第3章 基因的本质
目录
CONTENTS
1
DNA双螺旋模型的建构
2
DNA的结构
孟德尔:
提出“遗传因子”遗传规律
萨顿假说：
遗传因子在染色体上
摩尔根:
果蝇杂交实验-
基因在染色体上
格里菲思:
肺炎双球菌转化实验
艾弗里:
肺炎双球菌体外转化实验
1952年
赫尔希和蔡斯：噬菌体侵染实验
1866年
1903年
1910年
1928年
1944年
1896年
约翰逊:
将“遗传因子”改为“基因”
1911年
莱文和琼斯:
DNA的基本单位是脱氧核苷酸
1951年
1951年，科学界普遍认同DNA是脱氧核苷酸长链，碱基由A、T、G、C构成
1
情境导入
人的遗传信息主要分布在染色体的DNA上，除了同卵双胞胎，两个人随机个体具有相同的DNA序列的可能性微乎其微。因此，DNA可以像指纹一样来识别身份，这就是DNA指纹技术。
在现代刑侦领域，DNA指纹技术发挥着越来越重要的作用。只需要一滴血、精液或一根头发样品，就可以进行DNA指纹鉴定。你能从下面DNA指纹图判断出怀疑对象中谁是罪犯吗？此外，DNA指纹技术还可以用于亲子鉴定、死者遗骸鉴定等。
1
DNA双螺旋结构模型的构建
要求：每人完成2个脱氧核苷酸
想一想分别用几种材料代表组成DNA的磷酸、脱氧核糖和碱基？
这三种物质是在什么部位相互连接？
怎样将这几种材料正确地连接起来？
制作脱氧核苷酸模型
1
磷酸二酯键
磷酸二酯键
DNA中每个脱氧核苷酸之间是什么部位连接的？
怎样将脱氧核苷酸正确地连接起来？
DNA双螺旋结构模型的构建
1
要求：四人一组，制作每条链具有5个脱氧核苷酸的长链模型
制作脱氧核苷酸长链模型
DNA双螺旋结构模型的构建
1
鲍林(化学)
蛋白质的螺旋结构
威尔金斯（物理） 富兰克林（物理）
X射线衍射
克里克 沃森
（物理） （生物）
当X射线照射到生物大分子的晶体时，晶格中的原子或分子会使射线发生偏转，根据得到的衍射图像，可以推测分子大致的结构和形状。
X射线衍射
最美
“51号”
照片
DNA双螺旋结构模型的构建
1
资料：1952年5月，富兰克林利用X射线结晶技术获得了有史以来最清晰的DNA分子照片，并运用数学公式对照片进行了分析，计算出一些有关DNA结构的准确数值：中心图象是交叉的，说明它是螺旋形的，顶部和底部最浓黑的部分，说明嘌呤碱和嘧啶碱垂直于螺旋轴。
通过分析衍射图，鲍林和沃森、克里克均提出三股螺旋的DNA结构设想，但因含水量和直径等不符被否定了。他们很快认定，DNA应该是双螺旋。
DNA双螺旋结构模型的构建
1
……
两条脱氧核苷酸长链如何排布呢？
DNA双螺旋结构模型的构建
1
思考：请结合磷脂双分子层的排布方式，推测碱基排列在内部还是外部呢？
磷酸
亲水
碱基
疏水
亲水磷酸头部
疏水脂肪酸尾部
磷脂分子
图片资料:
水环境
水环境
DNA双螺旋结构模型的构建
1
资料：X衍射照片测量分析，DNA双链之间的距离是相同的，DNA直径应该是2nm。
思考：碱基是同型配对还是异型配对呢？尝试一下吧
DNA双螺旋结构模型的构建
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A
T
C
G
A
T
C
G
G
G
A
A
<2nm
碱基同型配对模型
DNA双螺旋结构模型的构建
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1952年春天，奥地利生物化学家查哥夫（E.Chargaff，1905-2002）访问了剑桥大学，沃森和克里克从他那里得知了一条重要信息：在DNA中，腺嘌呤（A）的量总是等于胸腺嘧啶（T）的含量；鸟嘌呤（G）的量总是等于胞嘧啶（C）的量
DNA来源 DNA的碱基组成（单位：每摩尔磷酸） A T G C
人（胸腺） 0.28 0.28 0.18 0.15
A=T G=C
牛胸腺 0.26 0.25 0.21 0.16
牛脾脏 0.26 0.24 0.21 0.17
酵母菌 0.24 0.25 0.14 0.14
禽结核杆菌 0.12 0.11 0.28 0.26
DNA分子具有多样性和特异性
DNA双螺旋结构模型的构建
1
DNA来源 DNA的碱基组成（单位：每摩尔磷酸） A/G T/C A/T G/C
人（胸腺） 0.28 0.28 0.18 0.15
不同生物的DNA都满足A=T G=C
鲱鱼 0.26 0.25 0.21 0.16
小麦 0.26 0.24 0.21 0.17
结核分枝杆菌 0.24 0.25 0.14 0.14
DNA分子具有多样性和特异性
DNA来源 猪 牛 器官 肝 脾 胰 肺 肾 胃
A+T/G+C 1.43 1.43 1.42 1.29 1.29 1.30
同种生物DNA碱基组成相同；
不同生物DNA碱基组成不同
DNA双螺旋结构模型的构建
1
A
T
C
G
氢键
氢键
DNA双螺旋结构模型的构建
1
富兰克林给ＤＮＡ拍了好多张Ｘ射线衍 射图谱， 她发现ＤＮＡ在翻转１８０°后图谱看起来还是一样
两条脱氧核苷酸是同向平行还是反向平行呢？
用你手中的模型尝试一下吧~
DNA双螺旋结构模型的构建
1
要求：四人一组，利用小组制作的两条脱氧核苷酸长链构建DNA分子平面模型
在模型中，如何体现DNA的两条链是反向平行的？又怎样体现两条链的碱基之间互补配对？
DNA只有4种脱氧核苷酸，他为什么能够储存足够量的遗传信息？不同组的DNA双螺旋模型在哪些方面是有差异的？
DNA是如何维系它结构的稳定性的？
你能根据DNA的结构特点，设想DNA的复制方式吗？
制作DNA分子平面模型
DNA双螺旋结构模型的构建
1
1953年3月，沃森和克里克
构建出新的DNA模型，在
这个模型中，DNA是一个
双螺旋结构，螺旋内部的
碱基之间通过氢键连接成
碱基对，磷酸在外周，每
个螺旋包含10对脱氧核苷
酸，长度34埃，直径20埃。
4月25日，这篇论文刊登在《Nature》杂志上，同时这期杂志也发表了威尔金斯、富兰克林等人的文章，X光衍射照片及数据都成为了双螺旋结构模型的有力证据。1962年，沃森、克里克和威尔金斯三人因这一项研究成果共同获得诺贝尔生理学或医学奖。
DNA双螺旋结构模型的构建
2
DNA的结构
DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基在内侧。
两条链上的碱基通过氢键连结起来，形成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。
DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋成双螺旋结构。
G/C碱基对的含量越高，DNA分子热稳定性越好
G
A
T
C
A
A
T
T
C
C
G
G
１
２
３
４
A
G
C
T
下图是DNA分子结构模式图，用文字填出1—10的名称；并探讨以下问题：
５
６
７
８
９
１０
胞嘧啶（C）
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G）
胸腺嘧啶（T）
脱氧核糖
磷酸
鸟嘌呤脱氧核苷酸
碱基对
氢键
一条脱氧核苷酸链的片段
１.
２.
３.
４.
５.
６.
７.
８.
９.
10.
能否从该DNA片段中判断双链是否反向平行？
单链上的碱基T和A是如何相连的？依赖氢键吗？
DNA分子中每个脱氧核糖均连接两个磷酸基团吗？
2
DNA的结构
如图：设DNA一条链为1链，互补链为2链。根据碱基互补配对原则
（1）1链和2链上的哪些碱基数量总是相等的？两条链的碱基数目是否相等？
（2）在DNA双链中，哪些碱基数量总是相等的？
（3）在1链上，A1等于T1吗？G1和C1的数量一样吗？
（4）已知：双链DNA中，A和T之和占全部碱基的m%，其中一条α链中C占该链碱基数的比例为n%。则另一条β链中C占β链碱基的百分比是？
（5）若一个双链DNA分子的G占整个DNA分子碱基的27%，并测得DNA分子的一条链上的A占这条链碱基的18%，则另一条链上的A的比例为？
（6）在一个双链DNA分子中，碱基总数为m，腺嘌呤碱基数为n，则脱氧核苷酸数、磷酸基团数、碱基总数？碱基之前的氢键数？两条链中A+T数量为？G的数量为？
A1
T1
G1
C1
T2
A2
C2
G2
小组合作：有关DNA中的碱基计算规律
2
DNA的结构

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